Регион:

Электрохимическое осаждение покрытий висмут-медь

Электрохимическое осаждение покрытий висмут-медь

Применение защитных экранов, наносимых на отдельные элементы электронной аппаратуры, является одним из наиболее перспективных направлений при разработке радиационно-стойких полупроводниковых приборов. В качестве материала таких экранов могут быть использованы покрытия из тяжелых металлов, эффективно поглощающих высокоэнергетические излучения. Ранее было показано, что многослойные покрытия, состоящие из тяжелых металлов с разным атомным весом, могут обладать более эффективным экранирующим действием для высокоэнергетического рентгеновского излучения по сравнению с однослойными покрытиями. В связи с этим в настоящей работе были получены покрытия, состояшие из чередующихся слоев висмута и меди, и исследованы их защитные свойства от высокоэнергетических электронов.

Исходя из анализа литературных данных, реализация процесса осаждения многослойных покрытий висмут/медь непосредственно из одной ванны только за счет варьирования параметров электроосаждения, является весьма трудной задачей из-за близости стандартных редокс потенциалов электродных систем Bi/Bi3+ (0,2-0,25 B) и Cu/Cu2+ (0,34 B). В действительности, как показали результаты вольтамперометрических измерений различие в потенциалах начала осаждения висмута на медь и меди на висмут составляет приблизительно 100 мВ, что не позволяет разделить эти процессы при одновременном присутствии ионов висмута и меди в ванне осаждения без использования дополнительных комплексообразующих агентов.

В связи с этим нами была разработана технология электрохимического нанесения многослойных покрытий висмут/медь из раздельных ванн со скоростными электролитами висмутирования и меднения, соответственно. Многослойные покрытия Bi/Cu были получены при попеременном электрохимическом осаждении слоев висмута и меди разной толщины из двух ванн – висмутирования (0,174 M Bi(ClO4)3 + 3 M HClO4) и меднения (0,5 M Cu(ClO4)2 + 1 M HClO4).

На рисунке 1 (вверху) приведены электронномикроскопические изображения поперечного среза многослойных покрытий Bi/Cu (суммарная толщина 70 мкм), электрохимически осажденных на медную подложку.

Видно, что при использовании вышеуказанных электролитов висмутирования и меднения могут быть получены многослойные покрытия с четко различающимися слоями висмута и меди. Электронномикроскопические данные подтверждаются результатами энергодисперсионного анализа поперечных срезов многослойных покрытий, которые приведены на рисунке 1 (внизу).

На рентгенограммах образцов многослойных покрытий Bi/Cu наблюдаются в основном дифракционные линии, соответствующие поликристаллическому висмуту в том случае, если верхним слоем является слой висмута (рис. 2б). Это свидетельствует об эффективном экранировании рентгеновского излучения покрытиями из висмута.

Следует отметить, что жесткая текстура роста, характерная для толстых покрытий из висмута, осажденных из перхлоратного электролита, выражена существенно слабее для многослойных покрытий Bi/Cu, что, по-видимому, связано с меньшим размером кристаллитов Bi и с их большей разупорядоченностью в многослойных покрытиях.

CЭМ изображение поперечно o среза и распределение интенсивности характеристического рентгеновского излучения висмута и меди

Рисунок 1 – CЭМ изображение поперечно o среза (вверху) и распределение интенсивности характеристического рентгеновского излучения висмута (пунктирная линия) и меди (сплошная линия) вдоль линии (внизу), пересекающей поперечный срез многослойного покрытия Bi/Cu, электрохимически осажденного попеременно из электролитов висмутирования и меднения.

Испытания радиационных экранов на основе многослойных покрытий висмут-медь суммарной толщиной 360 мкм на эффективность защиты от электронного излучения проводили на линейном ускорителе ЭЛУ-4 с энергией электронов 4 МэВ (плотность потока электронов составляла 5·1011 см-2-1, флюенс электронов – 1016 см-2). Для биполярных структур регистрация дозы прошедших экраны электронов и тормозного излучения проводилась по оценке концентрации вторичных радиационных дефектов, введенных в базовую р-область диодных n– p-структур, изготовленных на кремнии КДБ-4,5. При этом считалось, что количество образовавшихся дефектов пропорционально полученной дозе облучения. Концентрации двух типов радиационных дефектов: комплекса междоузельный углерод – междоузельный кислород (СiОi) и дивакансии (V2)определялись методом DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy).

Рентгенограммы однослойного Bi покрытия и многослойного покрытия Bi/Cu, электрохимически осажденных на медную подложку

Рисунок 2 – Рентгенограммы однослойного Bi покрытия (а) и многослойного покрытия Bi/Cu (б), электрохимически осажденных на медную подложку; толщина покрытий - 70 мкм.

Эффективность экранирования n– p-структур (Кэ)  оценивали из выражения: Кэ = D/D0, где D – доза облучения, полученная объектом за экраном, D0 – доза, требуемая для введения такой же концентрации данного типа дефекта без экрана.

Характеристика приготовленных образцов и результаты их испытаний в качестве экранов для защиты от электронного излучения приведены в таблице.

Таблица – Образцы многослойных покрытий Bi/Cu и результаты их испытаний по экранированию высокоэнергетических электронов.

Суммарное количество слоев Bi и Cu

Толщина каждого слоя, мкм

Приведенная масса экрана, г/см2

КэСiОi

КэV2

2

Bi – 300, Cu – 60

0,348

90

82

12

Bi – 50, Cu – 10

0,348

85

78

20

Bi – 30, Cu – 6

0,348

90

80

30

Bi – 20, Cu – 4

0,348

86

88

40

Bi – 15, Cu – 3

0,348

91

76

60

Bi – 10, Cu – 2

0,348

87

91

Испытания показали, что увеличение количества слоев висмута и меди (при сохранении как общей толщины покрытия (360 мкм), так и суммарных толщин висмута (300 мкм) и меди (60 мкм) в каждом покрытии) не оказывает заметного влияния на эффективности экранирования электронов, рассчитанные как по концентрациям дефектов СiОi-типа, так и V2-типа.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments